Высоковольтный измерительный делитель напряжения Советский патент 1987 года по МПК G01P15/04 

1

Изобретение относится к высоковольтной измерительной технг-ске и может быть использовано в радиотехнике, Б системах автоматизированного управления и регулирования высокого напряж€ ния, в электроэнергетике и электротехнике, а также для метрологического обеспечения выпуска и эксплуатации измерительных приборов высокого напряжения.

Цель изобретения - повышение точ ности измерений и снижение массога- баритных параметров путем выполнения распределения электрического поля в межэлектродном пространстве эквипотенциальным токовому распределению потенциала в цепи резистора, что су- 1Чествекно уменьшает емкостные токи, габариты электродов, делает последние неподвижными.

Кроме того, обеспечивается возможность создания универсального делителя с повышенной в сравнении к известным в 2-3 раза точностью измерений независимо от формы измеряемого напряжения .

На фиг . 1 изображена, схема расположения узлов делителя напряжения; на фиг. 2 -- схема замещения для расчета распределения потенциала в диэлектрике изоляционного основания.

Делитель напряжения () содержит цепь последовательно соединенных резистивных элементов 1 и 2 ., при этом высоковольтное плечо делителя может быть, нанрх-мер, выполнено из провода, имего1це1 о высокое удельное сопротивление, или является цепью резистивных, емкостных и индуктивных сопротивлений, закрепленных на изоляционном основании. Делитель также содержит высоковольтный электрод 3 и заземляемый ( соединяемый с корпусом) электрод 4. Электроды 3 и 4 делителя удерживаются изоляционным основанием 5, поверхность которого профилирована по определенному закону. Материалом изоляционного основания могут быть диэлектрики с высоким значением относительной диэлектрической проницаемости й 5 нaпpи ep текстолит, стеклотекстолит, ультрафарфор ( ЕО 7-9), а также различные видь:; радиокерамики. Изоляционное основание может иметь на своей поверхности полупроводящее покрытий. В зависимости от формы электродов, типа применяемого диэлектрика и профиля его поверхности

10

13253642

в межэлектродн:ом пространстве делителя может быть обеспечено линейное распределение электрического потенциала по цепи проводяитих элементов или более сложное, соответствзтощее в общем случае распределению, задаваемому изменением сопротивлений элементов цепи и ее пространственной формы. Согласование токовох о распределения потенциала по цепи проводящих элементов с распределением потенциала в межэлектродном пространстве, определяемым зарядами электродов и диэлектрика, должно производиться на основании расчета картины поля или адэкватных ему методов.

Для распределения потенциала в изоляционном основании делителя, при предп оложении, что толщина стенки его много меньше высоты делителя, схему замещения диэлектрика можно представить согласно фиг.2, где Э, - заземляемый, Э - высоковольтный электроды делителя; Ь(г) - по- перечньй размер толщина изоляционного основания.

Потенциал электрода Э принимает15

равным нулю, а электрода Э

30

|ма

Jmt

Распределение напряжения

и в основании: 7. будет определяться соотношением О U(Z) , при

этом зависимость

,(Z)

определяется

35

40

распределением удельной продольной емкости K(Z) диэлектрикаэ а также удельных поперечных (погонных ) емкостей С, (Z) , С (Z) соответственно на электроды Э и Э,, .. Направляя токи i, ii , 1„ согласно фиг. 2, их баланс для точки А мо жет быть представлен в виде

(i +d i) +d IT или d i d i., - d i

Значения d i ,d i , 1ЧИМ образом:

-Hd i, ,

2

(1) (2)

определяются следуюdi, и (Z) oj- C,d Ze

j (a)t + -|-)

50

-Urn,- UT.

(Z)

J w

C,- dZc55

Значение тока

; - Ё Um(Z) dT

раз но

j(ot;

.-J

(3)

Jl: + j) (4)

(5)

Отсюда di 7 -dZ., d L

равным нулю, а электрода Э

0

|ма

Jmt

Распределение напряжения

и в основании: 7. будет определяться соотношением О U(Z) , при

этом зависимость

,(Z)

определяется

распределением удельной продольной емкости K(Z) диэлектрикаэ а также удельных поперечных (погонных ) емкостей С, (Z) , С (Z) соответственно на электроды Э и Э,, .. Направляя токи i, ii , 1„ согласно фиг. 2, их баланс для точки А мо жет быть представлен в виде

(i +d i) +d IT или d i d i., - d i

Значения d i ,d i , 1ЧИМ образом:

-Hd i, ,

2

(1) (2)

определяются следуюdi, и (Z) oj- C,d Ze

j (a)t + -|-)

-Urn,- UT.

(Z)

J w

C,- dZc(3)

Jl: + j) (4)

Значение тока

; - Ё Um(Z) dT

раз но

j(ot;

.-J

(5)

Отсюда di 7 -dZ., d L

ли d i (

,.(Z) dZ2

К +

т

) dZ

dK ч ----)u

dZe

j(u)t)+-2-) (6)

Подставляя (З), (4) и (б) в (2) и производя необходимые сокращения, получают

d Ут(г)

dZ 2

к +

d Um(Z) dK

dZ dZ

U(Z) C, - U,- IV(Z). C,.

K(Z) K{o) +

Для общего случая изменения С, (Z), а также при учете конечного значения Cj (Z) профилирование диэлектрика должно производиться в соответствии

S 0-

где S, - площадь поперечного остова на уровне электрода Э

Определение С, (Z), (2) и профилирование изоляционного остова может производиться с применением методов расчета электрических полей на ЭВМ, а также физического и математического моделирования.

Формула изобретения

Высоковольтный измерительный делитель напряжения, содержащий закрепленные на торцах изоляционного основания цилиндрической формы высоко- вольтньй и заземленный электроды и расположенные между ними последовательно соединенные резистивные элементы с линейным распределением потенциала , отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений и снижения массогабарит- ных характеристик, изоляционное основание выполнено с изменяющимся поперечт

2-) )

132536

Из выражения (7) определяют условие равномерного распрецеления напряжения в слое диэлектрика. Для этого, подставляя в (7 соотношение

u,

Un,(7-) - --r--Z,

11- - (c, С

,, /-, получают Z - 1С

г

10

С) Z-dZ-1 J

где 2 - высота изоляционного основания .

В результате интегрирования выражения (8) следует:

C,-dZ. (9)

20

с зависимостью его площади поперечного сечения S от высоты, получаемой из из (9):

(С, + Cj Z-dZ-

г

Cjdz,(lO)

ным сечением, площадь которого определяется следующим соотношением: Z 2

5(Z)S,

(

cJzdz-nc dz

5

0

0

5

где Sjj - пло1цадь поперечного сечения изоляционного основания на уровне заземленного электрода, м ;

относительная диэлектрическая проницаемость материала изоляционного основания; .- абсолютная диэлектрическая проницаемость вакуума, равная 8,854 -10 Ф/м;

С ,0-2 - распределенные емкости между изоляционным основанием и заземленным высоковольтным электродом соответственно, Ф/м;

Z - координата по оси симметрии изоляционного основания, м; Е - высота изоляционного основания, м.

Составитель Ю.Волков Z§S§ T°P 4i S23OEH3Т§хЕ Д 1.§а§2

Заказ 3101/39 Тираж 776Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д,4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул. Проектная,4

Фиг. 2

Корректор Е; . Рошко

Изобретение относится к высоковольтной измерительной технике и может быть использовано в радиотехнике, системах автоматизированного управления и регулирования высокого напряжения, в электроэнергетике, а также для метрологического обеспечения выпуска и эксплуатации измерительных приборов высокого напряжения. Делитель содержит цепь последовательно соединенньпс резисторов 1 и 2, высоковольтный электрод 3 и заземленный, соединенный с корпусом электрод 4. Электроды 3 и 4 закреплены на изоляционном основании 5, поверхность которого профилирована по определенному закону. Изобретение обеспечивает повьшение точности измерений и снижение массогабаритных параметров. Это достигается путем выполнения распределения электрического поля в межэлектродном пространстве эквипотенциальным токовому распределению потенциала в цепи резистора. Точность измерений по сравнению с прототипом повьшается в два-три раза. 2 ил. СП оо го СП 00 05 4 Фиг.1